单颗粒褐铁矿气基磁化焙烧过程的数值模拟

发布时间：2018-12-10 23:36

【摘要】：铁矿石作为冶金中最主要原料之一，它也是经济发展中不可或缺的重大矿产资源ǎ国内各种难选菱铁矿赤褐铁矿等矿石中不能有效开采使用的约有百亿吨ǎ如果可以采取有效工艺来进行相关矿石的焙烧-磁选处理，就能将废弃难选铁矿石转变成实际战略储备ǎ因此，开发新型铁矿石资源已迫在眉睫ǎ然而，常规的磁化焙烧工艺流因程相对繁琐，开发投入大等诸多原因，难以向工业应用大范围转化ǎ针对以上问题，通过考虑在流态化下非均相气固反应有着很好的传热传质特点，对包头固阳褐铁矿颗粒进行了磁化还原焙烧的数值模拟研究ǎ褐铁矿内含丰富结晶水，其贫细杂的特点，导致物理选矿难，发展低品位铁矿石的磁化焙烧技术可以有效利用废弃资源，节约成本ǎ流化床CO磁化焙烧近几年发展很快，但单颗粒还原过程还未见报道ǎ使用合适的褐铁粒CO磁化还原焙烧过程模型，能详细探究其还原度变化过程的影响因素ǎ 褐铁矿颗粒在炉内磁化焙烧常常伴随传热传质和还原反应以及褐铁矿颗粒孔隙结构变化等过程，致使褐铁矿颗粒的还原特性很复杂，需要建立一个相互耦合，并伴随着传热传质以及孔隙结构变化的还原模型，来详细描述其还原焙烧过程ǎ本文考虑了褐铁矿颗粒还原过程的复杂性，通过对其形态结构分析，分别描述了褐铁矿颗粒的内部传热过程，反应气体扩散过程，，孔隙结构变化过程，并通过对这些过程的研究，建立了褐铁矿颗粒还原模型ǎ由于褐铁矿颗粒在磁化焙烧过程中，伴随着相当复杂的物理和化学过程，而且褐铁矿颗粒内有孔隙的存在，褐铁矿和CO的反应同时发生在褐铁矿颗粒的内外表面，这些物理化学过程，对于模型的建立也有很大影响，因此，本文的工作就是围绕着这一复杂过程展开的，主要涉及以下几个方面：研究褐铁矿颗粒的结构对于磁化焙烧过程影响，将随机孔模型引入其气固反应的结构变化中，成功地描述了褐铁矿颗粒在磁化还原焙烧过程中孔隙结构变化，并将随机模型和其传热传质模型相互耦合，提出了还原模型，并且通过实验进行模型验证；研究了CO在褐铁矿颗粒内部沿径向方向的分布，扩散主要以努特森以及容积扩散为主，建立了CO气体的传质方程；模拟了单颗粒褐铁矿中Fe2O3通过CO转化为Fe3O4的反应过程，通过模拟计算可以得出在各个环境温度及不同气体浓度氛围下还原度随还原时间的变化关系；在全尺度下，考虑气固反应阻力的存在，建立了新的磁化还原焙烧模型，通过对全尺度还原新模型的还原特性研究，分别考虑了褐铁矿颗粒还原时两个重要的参数，环境温度以及初始CO浓度变化，分别给出了颗粒内部各点还原度分布以及整体还原度随时间的变化情况ǎ最后，利用有限体积法，离散控制方程与边界条件，通过FORTRAN编程，计算方法采用追赶法(TDMA)，模拟褐铁矿颗粒磁化焙烧过程ǎ 综上所述，本文通过对褐铁矿颗粒磁化还原焙烧过程的机理的研究和分析，为发展新型磁化焙烧工艺降低焙烧成本提供了有效的信息及指导意义ǎ
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【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD951

【参考文献】